Физические основы ферромагнитных стабилизаторов

Физические основы построения сварочного трансформатора

Электромагнитные устройства

Лекция 12.

Анализ разветвленных магнитных цепей

1. Прямая задача

Дано:

1) геометрические размеры;

2) характеристика материала

3) Ф₁,Ф₂

Найти: намагничивающие силы

Решение:

2. Обратная задача

Дано:

1) геом. размеры

2) хар-ка материала

3) намагничивающие силы

Найти: Ф₁,Ф₂

Решение:

Для данной задачи рекомендуется использовать метод 2-х узлов.

Влияние воздушного зазора

R_мс – сопротивление магнитной стали

; (в m раз)

;

резкая зависимость

Воздушный зазор спрямляет ВбАХ и увеличивает магнитное сопротивление, поэтому в реальных эл. машинах и аппаратах стремятся уменьшить величину воздушного зазора (энергия теряется).

Перечень электромагнитных устройств очень большой. В лекции будут рассмотрены примеры применения теории магнитного поля к построению сварочных трансформаторов, ферромагнитных стабилизаторов, электромагнитных реле.

Известно, что для неразветвленного магнитопровода с зазором закон полного тока имеет вид:

(12.1)

где: l _ФМ, l _З - длина ферромагнитного участка и воздушного зазора соответственно;

Н_{ФМ ,} Н_З - действующее значение напряженности магнитного поля на участках ферромагнитного материала и воздушного зазора соответственно;

I - действующее значение тока в намагничивающей обмотке.

Учитывая, что

, (12.2)

а также что:

(12.3)

перепишем (12.1):

. (12.4)

Так как относительная магнитная проницаемость магнитомягких материалов в десятки тысяч раз больше магнитной проницаемости воздуха m₀, то очевидно, что

Поэтому вместо (12.4) можно использовать приближенное равенство:

. (12.5)

Подставляя в (12.5) вместо R_З его значение из (12.3), а вместо:

,

определим ток цепи:

. (12.6)

Теперь очевидно, что ток в цепи магнитопровода с зазором можно регулировать, изменяя длину воздушного зазора. Это свойство и используется в сварочных аппаратах для регулирования тока дуги.

Магнитные свойства ферромагнитных материалов, как правило, оценивают зависимостью:

,

получая гистерезисные характеристики. Но нам уже известно, что:

,

а:

.

Приведенные выражения наглядно показывают прямую пропорциональную зависимость напряженности магнитного поля Н от тока I, а магнитной индукции В от напряжения U. Это позволяет применять к исследованию магнитопроводов вольт-амперные характеристики.

.

Такие характеристики полезны при расчете цепей из нескольких элементов. Общий вид зависимости для магнитопровода приведен на рис. 12.1. Как и кривая начальной намагниченности, вольт-амперная характеристика имеет начальный участок (оа), линейный (аб), колено (бв) и насыщенная (в, г).

Вольт-амперные характеристики применяются для определения физики работы ферромагнитных стабилизаторов.

а

б

а

б

U

I

I (U)

I (U)

/

/

Рис. 12.3

а

//

I

U

а

б

в

Рис. 12.1

R

н

Рис. 12.2

D

p

D

p

U

Упрощенная схема ферромагнитного стабилизатора включает в свой состав два разомкнутых магнитопровода (дросселя) Др₁ и Др₂ . Дроссель Др₁ работает в линейном режиме. Он играет роль ограничителя максимального тока. Дроссель Др₂ работает в режиме насыщения. Их вольт-амперные характеристики приведены на рис. 12.3. Здесь же приведена результирующая характеристика.

Напряжение на нагрузке определяется падением напряжения на дросселе Др₂ . Графики рис. 12,3. показывают, что если на входе цепи, действует напряжение U_оа, то нагрузка находится под напряжением. Часть входного напряжения падает на сопротивлении дросселя Др₁ - U_оа". Пусть входное напряжение увеличилось на величину аб. Это вызывает увеличение напряжения на нагрузке на величину а'б'. Наглядно видно, что а'б' в несколько раз меньше участка аб. Реально стабилизаторы ослабляют колебания входного напряжения в 5¸10 раз.

Таким образом, дроссель, включенный параллельно нагрузке и работающий в режиме насыщения, способен сглаживать броски напряжения на входе цепи.

Дата добавления: 2014-01-06